1.2. PHẢN ỨNG ESTE HÓA AXIT 2-KETO-L-GULONIC
1.2.3. Quá trình este hóa axit 2-Keto-L-Gulonic
Trong hóa học, trước đây người ta định nghĩa este là sản phẩm loại nước giữa rượu và axit, là dẫn xuất của phân tử axit cacboxylic. Định nghĩa này bị hạn chế vì có nhiều este được tạo thành từ các loại phản ứng khác như: Cho axit tác dụng với ankin hoặc cho phenol cộng với axit anhidrit,... Theo định nghĩa chính xác hơn thì este là sản phẩm thay thế các nguyên tử hidro trong phân tử axit bằng các gốc hydrocacbon (có ký hiệu là R’). Este đơn giản có công thức cấu tạo: RCOOR’ với R, R’ là gốc hyđrocacbon no, không no hoặc thơm (trừ trường hợp este của axit fomic có R là H).
Công thức tổng quát phản ứng este hóa giữa rượu và axit cacboxylic (có xúc tác và nhiệt độ) như sau:
R(COOH)x + xR'OH <=> R(COOR')x + xH2O xRCOOH + R'(OH)x <=> R'(OOCR)x + xH2O yR(COOH)x + xR'(OH)y <=> Ry(COO)xyR'x + xyH2O
Phản ứng este hóa là một phản ứng thuận nghịch, diễn ra không hoàn toàn.
Ngoài ra, phản ứng este hóa thường diễn ra rất chậm nếu không có xúc tác và nhiệt độ. Trong một số trường hợp, ở nhiệt độ thường, trạng thái cân bằng chỉ có thể đạt được sau vài ngày. Do đó, phản ứng este hóa thường được xúc tác bằng các axit mạnh (H2SO4, HCl, nhựa trao đổi ion axit,…). Để làm cho một phản ứng thuận nghịch diễn ra hoàn toàn hơn và cải thiện hiệu suất phản ứng (tỉ lệ các chất phản ứng chuyển hóa thành sản phẩm), người ta có thể tác động đến ba thông số: nhiệt độ, áp suất, và nồng độ các chất phản ứng.
1.2.3.2. Cơ chế của phản ứng este hóa
a. Cơ chế của phản ứng este hóa không có xúc tác
b. Cơ chế của phản ứng este hóa dùng xúc tác đồng thể: axit sunphuric Xúc tác đồng thể của phản ứng este hóa xảy ra theo các bước sau:
Bước 1 : Axit cacboxylic sẽ nhận một proton từ axit sunphuric, proton sẽ tấn công vào cặp electron không liên kết trên nguyên tử oxy. Sự truyền proton vào oxy sẽ tích điện dương cho axit cacboxylic.
Sau đó, cặp electron di chuyển về phía điện tích dương của oxi như hình vẽ :
Bước 2 : Điện tích dương trên nguyên tử cacbon bị tấn công bởi cặp electron không liên kết trên nguyên tử oxy của rượu.
Bước 3 : Proton di chuyển từ một nguyên tử oxy bên dưới lên một nguyên tử oxy khác (nguyên nhân có thể là do sự tác động của cặp electron không liên kết trên nguyên tử oxy của một phân tử rượu không phản ứng).
H O
R1
R2
C
O H
H
O R1
R2
C O O
O
H
H
H
Bước 4 : Tiếp theo một phân tử nước sẽ tách ra
Bước 5: Hydro bị tách ra do phản ứng với ion hydrosunphat được tạo ra ở bước 1.
c. Cơ chế phản ứng este hóa xúc tác dị thể
Phản ứng este hóa sử dụng xúc tác dị thể có cơ chế như sau :
Bước 1 : Axit cacboxylic nhận một proton từ xúc tác axit, nó liên kết với cặp electron không liên kết của nguyên tử oxy ở hợp chất cabonyl.
Bước 2 : Một cặp electron không liên kết trên nguyên tử oxy của rượu tấn công vào nguyên tử cacbon và hình thành một chất trung gian tích điện dương.
Bước 3 : Tương tự xúc tác dị thể, proton di chuyển từ một nguyên tử oxy bên dưới lên một nguyên tử oxy khác
Bước 4 : Phân tử nước được tách ra
Bước 5 : Proton vừa liên kết ở bước 1 được tách ra khỏi nguyên tử oxy, hoàn nguyên xúc tác và giải phóng phân tử este.
1.2.2.3. Phản ứng este hóa 2-KLGA
Tính chất của metanol [26]
Bảng 1.5. Tính chất vật lý của CH3OH Công thức cấu ta ̣o
Đặc tính vật lý Chất lỏng
Màu sắc Không màu
Mùi Đặc trưng
Tỷ trọng 0,792
Điểm đông đặc -97,50C
Điểm sôi 64,80C
Điểm chớp cháy 110C
Metanol mang đầy đủ tính chất hóa học của rượu no đơn chức: tham gia phản ứng thế, phản ứng este hóa, phản ứng oxy hóa, phản ứng loại nước,…
Tính chất của 2-KLGA [35]
Bảng 1.6. Tính chất vật lý của 2-KLGA
Công thức cấu ta ̣o O H
O H
O H O H O H
O O
Đặc tính vật lý Chất rắn
Mầu sắc Màu trắng
Mùi Không mùi
Điểm nóng chảy 159°C -162 °C
Axit 2-KLG mang đầy đủ tính chất của mô ̣t axit no đơn chức : làm đổi màu chất chỉ thị là quỳ tím thành đỏ hồng, tác dụng với các kim loại hoạt động, các dung dịch bazơ và muối, tác dụng với rượu tạo hợp chất este và nước (xúc tác H+),…
đồng thời có cả tính chất của rượu no đa chức và tính chất của ete no đơn chức.
Phản ứng este hóa giữa 2-KLGA và methanol được biểu diễn theo phương trình sau:
H O H
C
H O H
C O O C H3
C H2O H C O O H
O
C C
C H
H O H O H
C C
C
O
C H2O H H O H
C
H O H C H3O H
H+
H2O
2 - K L G A 2 - K L G E